化學實驗方案的設計與評價知識梳理

　　化學實驗方案的設計與評價是高考試題的熱點、難點和創新點，更是高三復習備考的側重點和成績拔尖的突破口。每一年的復習備考中全國各地的一線備考師生，無不在此駐足，精打細磨、反復推敲和錘煉相關知識，甚至刷題練習、凝練規律和做題模板。本文從以下幾點進行歸納總結，供師生借鑒和參考。

　　1.實驗方案設計的注意問題

　　(1)藥品和儀器是部分給出還是多余。若藥品和儀器只部分給出，則應做必要的補充，若多余，則應進行篩選和淘汰。

　　(2)條件有無特殊要求。如采用最簡單或最合理的實驗步驟等要求對考慮反應原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟等都做了限定，應高度重視。

　　(3)實驗過程中的隱蔽性操作。如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必不可少的，往往被忽略。

　　(4)藥品的描述。有些題目要求指出藥品的名稱，如有些藥品的準確描述為硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和碳酸氫鈉溶液等，其中的“粉末”“澄清”“酸性”“濃”“飽和”等詞不可省略。此外也應注意某些儀器的規格。

　　(5)其他注意事項。①冷凝回流的問題;②冷卻問題;③防止倒吸問題;④具有特殊作用的實驗改進裝置。如為使分液漏斗中的液體能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置;為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發生裝置中的漏斗末端套一支小試管等。

　　2.實驗設計題答題策略

　　(1)細審題：明確實驗目的和原理。實驗原理是解答實驗題的核心，是實驗設計的依據和起點。實驗原理可從題干給定的化學情境(或題目所給的實驗目的)并結合元素及其化合物等有關知識獲取。在此基礎上，遵循可靠性、簡潔性、安全性的原則，確定符合實驗目的、要求的方案。

　　(2)想過程：弄清實驗操作的先后順序。根據實驗原理所確定的實驗方案，確定實驗操作的步驟，把握各步實驗操作的要點，弄清實驗操作的先后順序。

　　(3)看準圖：分析各項實驗裝置的作用。有許多綜合實驗題圖文結合，思考容量大。在分析解答過程中，要認真細致地分析圖中所示的各項裝置，并結合實驗目的和原理，確定它們在該實驗中的作用。

　　(4)細分析：得出正確的實驗結論。實驗現象(或數據)是化學原理的外在表現。在分析實驗現象(或數據)的過程中，要善于找出影響實驗成敗的關鍵以及產生誤差的原因，或從有關數據中歸納出定量公式，繪制變化曲線等。

　　3.化學實驗評價的五大視角

　　(1)可行性視角。

　　只有合理且切實可行的實驗方案才有意義。可行性是方案的第一要素，評價方案時應注意從實驗原理和操作兩個方面分析：

　　①理論上要科學合理;

　　②操作上要簡單可行。

　　(2)經濟效益視角。

　　評價一種實驗方案，不僅要從科學性上判斷是否可行，還要從經濟效益上考慮是否切合實際。

　　(3)綠色化視角。

　　①分析實驗藥品是否有毒，是否會造成環境污染;

　　②儀器藥品是否價格低廉、易得;

　　③反應是否充分，原子經濟性是否較強。

　　(4)安全性視角。

　　①避免炸裂：受熱不均勻、液體倒吸、氣流不暢、易燃氣體中混有助燃氣體等。

　　②防污染：有毒尾氣未經處理、剩余藥品隨意丟棄，實驗產生的廢液肆意傾倒等。

　　③防失火：點燃或熄滅酒精燈的方法不正確，易燃試劑與明火接觸等。

　　④防吸水：極易水解、吸水性強(潮解)的物質未密封保存或與潮濕空氣接觸，大量吸水導致液體溢出或反應變質等。

　　(5)規范性視角。

　　①儀器的安裝與拆卸;

　　②試劑添加的順序與用量;

　　③加熱的方式方法和時機;

　　④儀器的查漏，氣密性檢驗;

　　⑤溫度計的規范使用，水銀球的位置;

　　⑥實驗數據的讀取;

　　⑦冷卻、冷凝的方法等。

　　4.實驗數據統計與整理的一般方法

　　(1)數據的表格化。

　　①根據實驗原理確定應記錄的項目：所測的物理量。

　　②注意數據的有效數字、單位及必要的注解。

　　③設計好的表格要便于數據的查找、比較，便于數據的計算和進一步處理，便于反映數據間的關系。

　　(2)數據的圖像化。

　　圖像化是用直線圖或曲線圖對化學實驗結果進行處理的一種簡明化形式，適用于一個量的變化引起另一個量的變化的情況。圖像化的最大特點是直觀、明了。

　　5.實驗數據篩選與處理策略

　　對實驗數據篩選的一般方法和思路為“五看”：一看數據是否符合測量儀器的精確度，如用托盤天平測得的質量的精確度為0.1g，若精確度值超過了這個范圍，說明所得數據無效;二看數據是否在誤差允許范圍內，若所得的數據明顯超出誤差允許范圍，要舍去;三看反應是否完全，是否少量或者過量的反應物作用下所得的數據，只有完全反應時所得的數據才能應用;四看所得數據的測量環境是否一致，特別是氣體體積，只有在溫度、壓強一致的情況下才能進行比較、運算;五看數據測量過程是否規范、合理，錯誤和違反測量規則的數據要舍去。

　　6.實驗數據綜合分析策略

　　解決這類試題的關鍵是如何用好、選好數據。一般方法是比較數據，轉變物質，分析利弊，確定實驗數據處理方案。

　　例題 Na2O2是常用的強氧化劑，CO和H2是常用的還原劑。某學習小組以“探究過氧化鈉能否氧化CO、H2”為目標開展下列研究：

　　【提出假設】假設1：過氧化鈉只氧化CO。

　　假設2：過氧化鈉只氧化H2。

　　假設3：____。

　　【查閱資料】赤熱的焦炭能與水蒸氣反應生成CO和H2，同時CO與水蒸氣在高溫下反應生成少量的CO2。

　　【設計實驗】學習小組的同學根據實驗目標設計如圖1所示實驗(假設裝置中藥品都充足)。

　　主要實驗步驟：

　　①連接裝置并檢查裝置氣密性;

　　②點燃A處酒精燈，緩慢通入水蒸氣，待裝置內空氣排盡后，點燃C處酒精燈;

　　③淺黃色的過氧化鈉熔融完全變白色時，熄滅C處酒精燈;

　　④繼續通入水蒸氣至C處玻璃管冷卻，停止通水蒸氣并熄滅A處酒精燈。

　　實驗過程中，無水硫酸銅沒有變藍色，澄清石灰水沒有變渾濁。

　　【問題探究】(1)上述方案有不足之處，請你提出修改建議：____。B裝置的作用是____。

　　(2)確認步驟②“裝置內空氣排盡”的操作是____。

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